(57)【要約】      （修正有）【課題】ＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合、製造される多結晶シリコンの均一性を向上させる方法およびこの多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供する。【解決手段】マスクを使用して非晶質シリコンをレーザーを利用して結晶化するディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法において、前記マスクは、前記不透過パターングループがスキャン方向軸と垂直に二つ以上のドットパターングループ１１，２２からなり、かつ一定な形態を成し、前記ドットパターングループがスキャン方向軸と垂直である軸方向に互いに各々一列に配列されない第１不透過パターン１０及び同様な配列になっているが、前記第１不透過パターン１０とスキャン方向軸の垂直軸と平行に位置する第２不透過パターン２０を含むことを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。【選択図】  図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザーが透過する透過パターングループとレーザーが透過できない不透過パターングループが混合された構造を有するマスクを使用して非晶質シリコンを、レーザーを利用して結晶化するディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法において、
前記マスクは、前記不透過パターングループがスキャン方向軸と垂直に二つ以上のドットパターングループでなっており、前記ドットパターングループは一定な形態を成し、前記ドットパターングループがスキャン方向軸と垂直な軸方向に互いに一列で配列されていない第１不透過パターン及び前記第１不透過パターンと同様な配列でなっているが、前記第１不透過パターンとスキャン方向軸の垂直軸と平行するように位置する第２不透過パターンを含むことを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項２】
前記第１不透過パターングループは、スキャン方向軸に一定距離移動される場合、第２不透過パターンのドットパターンが一部重複されることを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項３】
前記第１不透過パターン及び第２不透過パターンを成す前記ドットパターングループの形態は、同様であることを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項４】
前記形態は、正六角形であることを特徴とする請求項３記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２不透過パターンは、正四角形形態のパターンがスキャン方向軸と垂直の方向にドットパターングループの間に形成されることを特徴とする請求項４記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記各ドットパターングループは、奇数番目の行はｎ個のドットで、偶数番目の行はｎ−１個のドットでなっているか、奇数番目の行はｎ−１個のドットで、偶数番目の行はｎ個のドットでなっていることを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記ｎは、３以上であることを特徴とする請求項６記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記ドットパターングループは、隣接するドットパターングループと対角線で互いに対称であることを特徴とする請求項６記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項９】
前記第１及び第２不透過パターンは、正四角形形態のパターンがスキャン方向軸と垂直の方向に、ドットパターングループの間に形成されることを特徴とする請求項６記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項１０】
前記マスクは、第１不透過パターンと同様なパターンをスキャン方向軸と垂直である軸に平行するよう一つ以上、さらに含むことを特徴とする請求項１記載のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法。
【請求項１１】
請求項１のディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を使用して製造される多結晶シリコン薄膜を使用することを特徴とするディスプレーデバイス。
【請求項１２】
前記ディスプレーデバイスは、有機電界発光素子、または液晶表示素子であることを特徴とする請求項１１記載のディスプレーデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこの製造方法により製造された多結晶シリコン薄膜を使用したディスプレーデバイスに関するもので、さらに詳しく説明すると、多結晶シリコン薄膜の結晶粒の模様を調節することができる多結晶シリコン薄膜の製造方法及びこの多結晶シリコン薄膜を使用して製造されるディスプレーデバイス（ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＮＧ  ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＦＯＲ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＤＥＶＩＣＥ  ＡＮＤ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ＤＥＶＩＣＥ  ＵＳＩＮＧ  ＰＯＬＹＳＩＬＩＣＯＮ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にＳＬＳ結晶化方法は、非晶質シリコン層にレーザービームを２回以上重畳照射して結晶粒シリコンを側面成長させることで結晶化する方法である。これを利用して製造した多結晶シリコン結晶粒は一つの方向に長く円柱形の模様を有することを特徴とし、結晶粒の有限な大きさにより隣接した結晶粒との間には結晶粒境界が発生する。
【０００３】
ＳＬＳ結晶化技術を用いて基板上に多結晶、または単結晶である粒子が巨大なシリコングレーン（ｌａｒｇｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ  ｇｒａｉｎ）を形成することもでき、これを利用してＴＦＴを製作した場合、単結晶シリコンで製作したＴＦＴの特性と類似な特性が得られると報告されている。
【０００４】
図１、図２及び図３は、通常のＳＬＳ結晶化方法を示す。
【０００５】
ＳＬＳ結晶化方法では、図１のようにレーザービームが透過される領域と透過できない領域を有するマスクを通じてレーザービームを非晶質シリコン薄膜層に照射すると、レーザービームが透過した領域では、非晶質シリコンの溶解が起きる。
【０００６】
レーザービームの照射が終わり冷却が始まると、非晶質シリコン／溶融シリコン界面で優先的に結晶化が起き、この時発生した凝固潜熱によって非晶質シリコン／溶融シリコン界面から溶融されたシリコン層方向に温度が次第に減少する温度勾配が形成される。
【０００７】
従って、図２を参照すると、熱流速はマスク界面から溶融されたシリコン層の中央部方向に流れ、多結晶シリコン結晶粒は溶融されたシリコン層が完全に凝固されるまで側面成長が起きるため、一つの方向に長く円柱形形態の結晶粒を有する多結晶シリコン薄膜層が形成される。
【０００８】
図３に示したように、ステージ移動によりマスクを移動して非晶質シリコン薄膜層と既に結晶化された多結晶シリコン層の一部が露出されるように重畳してレーザービームを照射すると、非晶質シリコン及び結晶質シリコンが溶解され、以後冷却されながらマスクに塞がれて溶解されなく、既に形成された多結晶シリコン結晶粒にシリコン原子が付着して結晶粒の長さが増加する。
【０００９】
図４、図５及び図６は、通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使われるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図であり、図７、図８及び図９は、各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【００１０】
図４は、透過領域と不透過領域を備える通常のマスクを使用して、まず非晶質シリコンにレーザーを照射して非晶質シリコンが溶解された後、固形化されながら多結晶シリコンを形成する。その後、図４に示したように、一定な距離をおき、マスクをシフトさせた後、再びレーザーを照射すると、非晶質シリコンと透過領域が重畳される部分の結晶化された領域の多結晶シリコンは図６で示したように、再び溶解され結晶化される。このような方法で連続的にスキャンしながらレーザーを照射して非晶質シリコンと透過領域のマスクパターンが重畳される部分での多結晶シリコンが溶解され、再び固形化されながら結晶化していく。
【００１１】
この時、図７のように、一回レーザーが照射された非晶質シリコンは、レーザーショット（ｓｈｏｔ）間のエネルギー密度の偏差が存在したり、レーザービーム内のエネルギー密度が不均一になる恐れがあるため、結晶化された多結晶シリコンの結晶性が、レーザーパルスが照射される部分ごとに異なる。
【００１２】
特に、レーザースキャンラインが他のレーザーショット間の境界（上、下境界）で図８及び図９のように縞模様形態の不良を惹き起こす。
【００１３】
このような縞模様形態の不良は、有機電界発光素子を製造する時、ディスプレー上に輝度不均一を惹き起こす。
【００１４】
一方、特許文献１及び特許文献２で開示されたように、非晶質シリコンを蒸着した後、ＳＬＳ技術で全体基板上の非晶質シリコンを多結晶シリコンに変換させたり、基板上の選択領域だけを結晶化する技術が開示されている（特許文献１、２参照）。
【００１５】
また、特許文献３では、ＳＬＳ結晶化技術を利用して巨大粒子シリコングレーンを形成してドライバーと画素配置を含むＬＣＤデバイス用ＴＦＴを製作する時、アクティブチャンネル方向がＳＬＳ結晶化方法によって成長された結晶粒方向に対して平行である場合、電荷キャリアー方向に対する結晶粒系のバリアー効果が最小となるので、単結晶シリコンに次ぐＴＦＴの特性を得ることができる反面、このような特許でもアクティブチャンネル領域と結晶粒成長方向が９０°である場合、ＴＦＴ特性が電荷キャリアーのトラップとして作用する数多くの結晶粒の境界が存在するようになり、ＴＦＴの特性が大きく低下する。
【００１６】
実際、アクティブマトリックスディスプレーを製作する場合、駆動回路内のＴＦＴと画素セル領域内のＴＦＴは、一般的に９０°の角度を有する場合があり、この時、各ＴＦＴの特性を大きく低下させることなく、ＴＦＴ間の特性の均一性を向上させるためには結晶成長方向に対するアクティブチャンネル領域の方向を３０°ないし６０°の角度で傾くように製作することで、デバイスの均一性を向上させることができる。
【００１７】
しかし、この方法もやはりＳＬＳ結晶化技術によって形成されるので、レーザーエネルギー密度の不均一性による結晶粒の不均一が発生すると言う問題点がある（特許文献３参照）。
【００１８】
一方、特許文献４によると、レーザービームパターンを三角形状（“△”）に構成することを特徴とし、前記三角形状（“△”）のビームパターンを横方向に移動させながら結晶化を進行する方法が説明されているが、この場合、基板全体に掛けて結晶化を進行させることができないので、常に結晶化になれない領域が存在すると言う短所がある（特許文献４参照）。
【特許文献１】ＰＣＴ国際特許ＷＯ９７／４５８２７号明細書
【特許文献２】米国特許６，３２２，６２５号明細書
【特許文献３】米国特許６，１７７，３９１号明細書
【特許文献４】韓国公開特許番号第２００２−９３１９４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
本発明は、前述したような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、ＳＬＳ結晶化法で多結晶シリコン薄膜を製造する場合、製造される多結晶シリコンの均一性を向上させる方法を提供するものである。
【００２０】
また、本発明のもう一つの目的は、前述のような方法で製造された多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、前記した目的を達成するために、レーザーが透過する透過パターングループとレーザーが透過できない不透過パターングループが混合された構造を有するマスクを使用して非晶質シリコンを、レーザーを利用して結晶化するディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法において、前記マスクは、前記不透過パターングループがスキャン方向軸と垂直に二つ以上のドットパターングループからなっており、前記ドットパターングループは一定な形態を成し、前記ドットパターングループがスキャン方向軸と垂直な軸方向に互いに各々一列に配列されていない第１不透過パターン及び前記第１不透過パターンと同様な配列からなるが、前記第１不透過パターンとスキャン方向軸の垂直軸と平行に位置する第２不透過パターンを含むことを特徴とするディスプレーデバイス用多結晶シリコン薄膜の製造方法を提供する。
【００２２】
また、本発明は、前述の方法を利用して製造された多結晶シリコン薄膜を使用するディスプレーデバイスを提供し、前記ディスプレーデバイスは有機電界発光素子、または液晶薄膜装置を含む。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように本発明では、マスクパターンのうち、透過領域のパターンを一定な形態で形成してレーザー偏差による多結晶シリコンの結晶化の不均一性を克服することによってディスプレーデバイス上で発生する輝度不均一を解決することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を添付した図を参照してさらに詳しく説明する。
【００２５】
図１０は、本発明の第１実施形態によるマスクパターンを示す平面図であり、図１１は、図１０のマスクを移動させる場合、ドット形態の不透過領域が位置することを示す平面図である。
【００２６】
図１０を参照すると、本発明のマスクパターンは不透過パターングループがドットパターン１２，２２で形成されているもので、前記不透過パターングループがスキャン方向軸、すなわちｘ軸と垂直にドットパターン１２，２２で成り立っているドットパターングループ１１，２２が二つ以上形成されていて、前記ドットパターングループは一定な形態を成し、前記ドットパターングループがスキャン方向軸と垂直な軸、すなわちｙ軸方向に互いに各々一列で配列されていない第１不透過パターン１０及び前記第１不透過パターンと同様な配列で成り立つが前記第１不透過パターンとスキャン方向軸と垂直な軸と平行に位置する第２不透過パターン２０で形成されている。
【００２７】
前記第１及び第２不透過パターングループ１０，２０のドットパターングループ１１，２１は、各不透過パターングループ内で交代で互いに各々ずれている。
【００２８】
これによって、図１１に示されているように、レーザーで１回照射した後、マスクを移動させる場合、第１不透過パターングループのドットパターンと第２不透過パターングループのドットパターンが一部重複されるようになっている。二つのドットパターンがすべて重複されると結晶化された多結晶シリコンが同じく熔融し結晶化されて本発明で目的とするようにレーザーのエネルギー密度が異なることによって結晶化程度が違う多結晶シリコンをもう一度熔融させた後、結晶化することによって結晶性の不均一性を克服することができなくなる。
【００２９】
従って、第１不透過パターン１０のドットパターン１２と第２不透過パターン２０のドットパターン２２は上下に、すなわちｙ軸方向に一定の距離ほどずれており、第１不透過パターンがマスク幅の１／２ぐらい移動した場合、第２不透過パターンのドットパターンと一部重なるようにさせねばならない。
【００３０】
前記第１不透過パターン及び第２不透過パターンを成す前記ドットパターングループ１１，２１の形態は、同様なものであり、前記形態は９つのドットでできている正六角形形態を有する。但し、前記形態が正六角形であれば前記ドットパターングループ内に含まれるドットの数は変更することができる。
【００３１】
一方、前記マスクは、不透過パターンが第１及び第２不透過パターン以外に第１及び第２不透過パターンと同様な形態の不透過パターンをスキャン方向軸と垂直軸方向に平行に一つ以上さらに含むことができる。
【００３２】
図１２は、本発明の第２実施形態によるマスクパターンを示す平面図である。
【００３３】
図１２を参照すると、本発明の第２実施形態は前記第１及び第２不透過パターン１０，２０がドットパターングループ１１，２１の間に正四角形形態の不透過パターン１３，２３がスキャン方向軸と垂直の方向にドットパターングループの間に交代で形成されている。
【００３４】
この実施形態でも第１不透過パターンのドットパターンと正四角形形態の不透過パターンと第２不透過パターンがドットパターンと正四角形形態の不透過パターンが、マスクが移動することによって一部重なるように形成される。
【００３５】
図１３は、本発明の第３実施形態によるマスクパターンを示す平面図であり、図１４は、図１３のマスクを移動させる場合、ドット形態の不透過領域が位置するのを示す平面図である。
【００３６】
本発明の第３実施形態では、第１実施形態と同様であるが、ドットパターングループの形態及びドットパターングループを成すドットパターンの配置が相異である。
【００３７】
本実施形態では、第１不透過パターン３０及び第２不透過パターン４０を形成する不透過ドットパターングループ３１，４１がｙ軸方向に交代で互いに異なる数字のドットパターンで構成される。
【００３８】
すなわち、図１３を参照すると、前記第１及び第２不透過パターン３０，４０を構成する各ドットパターングループ３１，４１は、奇数番目の行はｎ個のドットで、偶数番目の行はｎ−１個のドットで成り立ったり、奇数番目の行はｎ−１個のドットで、偶数番目の行はｎ個のドットでできている。
【００３９】
本実施形態で望ましいのは、前記ｎは３以上であり、前記ドットパターングループは、隣接するドットパターングループが対角線方向に互いに対称であることである。
【００４０】
このように構成されることによって図１４に示されたように、レーザーで１回照射した後、マスクを移動させる場合、第１不透過パターンのドットパターン３２と第２不透過パターンのドットパターン４２が一部重なるようになっている。二つのドットパターンがすべて重なると結晶化された多結晶シリコンが同様に熔融し結晶化されて本発明として目的とするように、レーザーのエネルギー密度が違うことによって結晶化程度が異なる多結晶シリコンをもう一度熔融させた後、結晶化することによって結晶性の不均一性を克服できなくなる。
【００４１】
従って、第１不透過パターンのドットパターン３２と第２不透過パターンのドットパターン４２は、上下に、すなわちｙ軸方向に一定の距離ほどずれていて第１不透過パターンがマスク幅の１／２程移動する場合、第２不透過パターンのドットパターンと一部重なるようにさせなければならない。
【００４２】
一方、前記マスクは、不透過パターンが第１及び第２不透過パターン以外に第１及び第２不透過パターンと同様な形態の不透過パターンをスキャン方向軸と垂直軸方向で平行に一つ以上さらに含むことができる。
【００４３】
図１５は、本発明の第４実施形態によるマスクパターンを示す平面図である。
【００４４】
図１５を参照すると、本発明の第４実施形態は前記第１及び第２不透過パターン３０，４０がドットパターン３１，４１グループの間に正四角形形態の不透過パターン３３，４３がスキャン方向軸と垂直の方向にドットパターングループとの間に交代で形成されている。
【００４５】
この実施形態でも第１不透過パターンのドットパターンと正四角形形態の不透過パターンと第２不透過パターンがドットパターンと正四角形形態の不透過パターンが、マスクが移動することによって一部重なるように形成される。
【００４６】
以上のように、本発明は、レーザーを利用して非晶質シリコンを結晶化する場合、マスクパターンを本発明の実施形態のようにデザインすることで、結晶化する時にレーザーエネルギーの不均一性による多結晶シリコンの不均一な結晶化を防ぐことができる。
【００４７】
本発明で使用できるディスプレーデバイスは、平板表示素子として液晶表示素子、または有機電界発光素子が望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図２】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図３】通常のＳＬＳ結晶化方法を概略的に示す図である。
【図４】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図５】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図６】通常の多結晶シリコン薄膜の製造方法で使用されるマスクの構造を利用して結晶化する方法を概略的に示す平面図である。
【図７】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図８】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図９】図４、図５及び図６の各ステージで生成する多結晶シリコン薄膜の平面図である。
【図１０】本発明の第１実施形態によるマスターパターンを示す平面図である。
【図１１】図１０のマスクを移動させる場合、ドット形態の不透過領域が位置することを示す平面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるマスクパターンを示す平面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態によるマスターパターンを示す平面図である。
【図１４】図１３のマスクを移動させる場合、ドット形態の不透過領域が位置することを示す平面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態によるマスクパターンを示す平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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